[发明专利]无级偏心轮式可变压缩比活塞

说明书

本发明公开了一种通过在活塞上安装特殊偏心活塞销套从而实现可变压缩比的活塞，以此克服现有可变压缩比技术存在的机械结构复杂、零件繁多与只能实现两级式调节的问题。无级偏心轮式可变压缩比活塞包括：电机、齿轮、卡环、带槽式活塞销、带齿轮偏心式活塞销套筒、从动偏心式活塞销套筒、螺栓、活塞体；电机在活塞销内部，螺栓与电机为滑动连接，螺栓与活塞体螺纹连接，电机与活塞销之间为间隙配合，电机轴通过键与齿轮装配为固定连接，齿轮与带齿轮偏心式活塞销套筒啮合，活塞销与带齿轮偏心式活塞销套筒、从动偏心式活塞销套筒为滑动连接，卡环安装在齿轮外侧环形凹槽中。

技术领域

本发明涉及一种汽车发动机活塞，更确切地说，本发明设计一种无级偏心轮式可变压缩比活塞。

背景技术

发动机的压缩比是指活塞运动到下止点时的气缸容积与活塞运动到上止点的气缸容积之比，压缩比增加能有效的提高发动机的性能和效率。首先压缩比升高时可以让在活塞运动到上止点时气缸室内混合气密度增加，分子间距离减小，因此燃油分子和氧分子更容易相互作用，所以混合气更容易点燃。第二较小的燃烧空间可以较快的完成燃烧过程，因为燃烧过程的加快，所以发动机的性能也得到提升。但是压缩比的增加也会造成问题，压缩比的上升会使爆震倾向增加，而且高压缩比对汽油品质有较高要求。为解决这一难题，目前国内外开始将研究的重点转向可变压缩比发动机的研发当中。可变压缩比就是发动机通过控制手段，实时改变发动机的压缩比使得发动机在中低负荷工况下采用高压缩比来提高发动机的热效率和燃油经济性；在高负荷工况下采用较低的压缩比防止爆震的产生。

典型事例介绍：在日内瓦车展上展出的萨博SVC(可变压缩比)发动机，它是一台直列5缸四气门发动机，排量为1598cc，但是其工作效率非常显著，他的压缩比能在8:1与14：1之间连续调节，它最大功率为225匹，最大扭力为304牛米。此发动机性能与本田的3.2升V6发动机相似，但是油耗却非常低——比普通非可变压缩比发动机相同功率下能减少超过30％的燃油消耗。这款SCV发动机的升功率能达到150匹每升，这个数值是目前传统轿车中最高的。同时废气排放标准能达到欧四标准。

采用可变压缩比技术能够：

降低对燃料品质的要求，适用于多元燃料驱动；

降低发动机的废气中污染物的排放；

提高发动机在不同工况下的工作稳定性；

提升发动机的热效率，改善发动机的燃油经济性；

在保证动力的前提下，可使发动机排量进一步减小，结构更为紧凑，升功率与比质量增加。

目前国内外发动机可变压缩比的实现有很多技术方案和相关专利，但大多都存在机械机构复杂，对可变压缩比数值控制不够精确，难以解决发动机工作中平衡问题，发动机质量和体积增加以及只能做到两极式压缩比调节等问题。比如萨博SVC发动机由于集成缸盖可以发生偏转，因此工程师必须为其设一套独立的冷却系统。该系统的冷却油道与缸体连接，并用橡胶键进行密封，但橡胶工件长期往复工作会因为受力疲劳产生开裂现象，进而导致发动机油道漏油。再者，萨博SCV发动机加入了液压推动装置使发动机结构更为复杂。而且在软件方面，当时萨博并未掌握一套成熟可靠的控制逻辑，以确保在连续可变压缩比时发动机能够稳定运转。所以，直到其破产之前，这款发动机也未被投入实际使用。日产在2018年末实现了可变压缩比发动机的量产，其采用的技术为多连杆式技术。该发动机是在原有的曲柄连杆机构上又额外增加了一套VCR连杆机构以及一根控制轴。其中VCR连杆机构由转动的曲柄销杠杆及其一端与控制轴的连接杆构成。当控制轴转动时，控制轴连杆会带动曲柄销回转，并使杠杆发生摆动。由此促使活塞上止点位置出现上下移动，实现压缩比的可变。但是时至2019年第二季度搭载该款可变压缩比发动机的轿车只有少量实车，究其原因还是多连杆式可变压缩比技术对材料以及加工精密度较高，导致技术较为落后的大型装配厂无法装配，日本本土产能较低，又因为价值运输关税等问题，致使其产能严重不足。所以日产VC-TURBO发动机依然因为可变压缩比机构过于精密复杂，使其在量产过程中出现很多困难。